[發明專利]無機化合物半導體及其制造方法以及使用了該無機化合物半導體的光能轉換元件

在審

• 申請號: 201980093587.6
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN113544307A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 菊地諒介;中村透;上野航輝;藏渕孝浩;金子泰;羽藤一仁;大場史康;熊谷悠
• 申請（專利權）人: 松下知識產權經營株式會社
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;H01L21/203;H01L31/0256
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 吳倩

本申請提供能夠用作光能轉換材料的新型半導體材料。本申請的無機化合物半導體包含釔、鋅以及氮。

技術領域

本申請涉及無機化合物半導體及其制造方法以及使用了該無機化合物半導體的光能轉換元件。

背景技術

通過對半導體照射具有該半導體的帶隙以上的能量的光，該半導體產生電子-空穴對。半導體用于(i)將上述電子-空穴對分離而輸出電能的太陽能電池或光檢測元件以及(ii)通過將上述電子-空穴對用于水分解的化學反應而將水分解來制造氫的氫制造裝置。

非專利文獻1公開了使用了具有各種帶隙的半導體材料的太陽能電池的轉換效率。作為一個例子，根據非專利文獻1，使用具有1.81eV的帶隙的GaInP的單結太陽能電池具有20.8％的轉換效率。

非專利文獻2公開了適于太陽能電池的半導體的帶隙。非專利文獻2中公開了將具有互不相同的帶隙的多種半導體作為光能轉換層進行層疊而成的多結型太陽能電池。根據非專利文獻2，就將具有互不相同的帶隙的兩種半導體層疊而成的串聯型太陽能電池來說，位于最外側的第一光能轉換層的半導體的帶隙優選為約1.7eV，位于第一光能轉換層的背面側的第二光能轉換層的半導體的帶隙優選為約1.1eV。此外，根據非專利文獻2，就將具有互不相同的帶隙的三種半導體層疊而成的串聯型太陽能電池來說，位于最外側的第一光能轉換層的半導體的帶隙優選為約1.9eV，位于第一光能轉換層的背面側的第二光能轉換層的半導體的帶隙優選為約1.4eV，位于第二光能轉換層的背面側的第三光能轉換層的半導體的帶隙優選為約1.0eV。

非專利文獻3公開了適于基于太陽能的水分解(以下有時稱為“陽光水分解”)的半導體的帶隙。此外，非專利文獻3公開了一種具有串聯型結構的器件，該串聯型結構的器件是將具有互不相同的帶隙的兩種半導體層疊而成的。根據非專利文獻3，就具有串聯型結構的器件來說，位于光射入側的頂部電池的半導體的帶隙優選為約1.8eV，底部電池的半導體的帶隙優選為約1.2eV。

非專利文獻4公開了涉及一種具有串聯型結構的陽光水分解器件，該串聯型結構是將具有互不相同的帶隙的兩種半導體層疊而成的。關于該陽光水分解器件，非專利文獻4公開了通過模擬陽光照射而實際地進行水的分解反應。

現有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1：Polman A.et al.,“Photovoltaic materials:Presentefficiencies and future challenges”,Science,352,aad 4424(2016)

非專利文獻2：Lin Z.et al.,“Conversion efficiency limits and bandgapdesigns for multi-junction solar cells with internal radiative efficienciesbelow unity”,Optics Express,Vol.24,A740-A751(2016)

非專利文獻3：Linsey C.Seitz et al.,“Modeling Practical PerformanceLimits of Photoelectrochemical Water Splitting Based on the Current State ofMaterials Research”,ChemSusChem,Vol.7,1372-1385(2014)

非專利文獻4：Chen,Y.-S.et al.,“All Solution-Processed Lead HalidePerovskite-BiVO4 Tandem Assembly for Photolytic Solar Fuels Production”,J.Am.Chem.Soc.,137,974-981(2015)

發明內容

發明所要解決的問題